【每日一學(xué)】激光粒度儀工作及測試原理

　　激光粒度儀是通過顆粒的衍射或散射光的空間分布(散射譜)來分析顆粒大小的儀器，采用Furanhofer衍射及Mie散射理論，測試過程不受溫度變化、介質(zhì)黏度，試樣密度及表面狀態(tài)等諸多因素的影響，只要將待測樣品均勻地展現(xiàn)于激光束中，即可獲得準確的測試結(jié)果。
 

　　激光粒度儀作為一種新型的粒度測試儀器，已經(jīng)在粉體加工、應(yīng)用與研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它的特點是測試速度快、測試范圍寬、重復(fù)性和真實性好、操作簡便等等。
 

　　01  激光粒度儀工作原理
 

　　利用顆粒對光的散射現(xiàn)象，根據(jù)散射光能的分布推算被測顆粒的粒度分布。根據(jù)現(xiàn)實的各種粒度測量儀器的工作原理，不妨將“粒徑”定義如下：當被測顆粒的某種物理特性或物理行為與某一直徑的同質(zhì)球體(或其組合)相近時，就把該球體的直徑(或其組合)作為被測顆粒的等效粒徑(或粒度分布)。
 

　　該定義包含如下幾層含意：
 

　　(1)粒度測量實質(zhì)上是通過把被測顆粒和同一種材料構(gòu)成的圓球相比較而得出的；
 

　　(2)不同原理的儀器選不同的物理特性或物理行為作為比較的參考量，例如：沉降儀選用沉降速度，激光粒度儀選用散射光能分布，篩分法選用顆粒能否通過篩孔等等；
 

　　(3)將待測顆粒的某種物理特性或物理行為與同質(zhì)球體作比較時，有時能找到一個(或一組)在該特性上*相同的球體(如庫爾特計數(shù)器)，有時則只能找到相近的球體。由于理論上可以把“相同”作為“相近”的特例，所以在定義中用“相近”一詞，使定義更有一般性；將待測顆粒的某種物理特性或物理行為與同質(zhì)球體作比較時，有時能找到某一個確定的直徑的球與之對應(yīng)，有時則需一組大小不同的球的組合與之對應(yīng)，才能相近。
 

　　02  激光粒度儀測試原理
 

　　激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和*的方向性，所以一束平行的激光在沒有阻礙的無限空間中將會照射到無限遠的地方，并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。
 

　　當光束遇到顆粒阻擋時，一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象，如圖8。散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個夾角θ。散射理論和實驗結(jié)果都告訴我們，散射角θ的大小與顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越?。活w粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。在圖8中，散射光I1是由較大顆粒引起的；散射光I2是由較小顆粒引起的。進一步研究表明，散射光的強度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣，在不同的角度上測量散射光的強度，就可以得到樣品的粒度分布了。
 

　　03  激光粒度儀主要分為三個種類
 

　　1  靜態(tài)激光
 

　　能譜是穩(wěn)定的空間分布。主要適用于微米級顆粒的測試，經(jīng)過改進也可將測量下限擴展到幾十納米。
 

　　2  動態(tài)激光
 

　　根據(jù)顆粒布朗運動的快慢，通過檢測某一個或二個散射角的動態(tài)光散射信號分析納米顆粒大小，能譜是隨時間高速變化。動態(tài)光散射原理的粒度儀僅適用于納米級顆粒的測試。
 

　　3  光透沉降
 

　　通常所說激光粒度儀是指衍射和散射原理的粒度儀，光透沉降儀，依據(jù)的原理是斯托克斯沉降定律而不是激光衍射/散射原理，因此這類儀器不能稱作激光粒度儀。